4137H低合金钢和锡磷青铜的晶粒细化研究

论文摘要

随着社会经济的快速发展,对产品性能的要求越来越高。晶粒细化是提高产品性能的重要途径之一,如何在生产中获得晶粒细小、性能优良的产品受到人们的广泛重视。针对目前工业生产中4137H低合金钢和锡磷青铜存在的一些问题,本文分别采用稀土处理和施加交变电磁场的方法对这两种合金的铸造组织及性能进行改善,并综合分析了各自的晶粒细化机理。采用金相显微镜、扫描电镜、图像分析仪及温度记录仪等分析测试手段研究了不同稀土加入量对4137H钢纯净度、过冷度、组织和力学性能的影响,并用热力学和动力学的方法分析讨论了稀土夹杂物的形成及上浮去除过程;分析讨论了4137H低合金钢的晶粒细化机理。研究结果表明:加入适量稀土后,4137H合金钢内夹杂物数量明显减少,纯净度提高,过冷度增大,晶粒组织得到细化。当稀土加入量为1%时,净化效果最为明显,过冷度增大到26K,常温抗拉强度、布氏硬度分别提高了14%和32%。采用金相显微镜、扫描电镜、电子探针等分析测试手段研究了在锡磷青铜QSn6.5-0.1板带的水平连铸过程中施加交流电磁场对铸坯质量影响。未施加电磁场时,铸坯的晶粒组织主要为粗大的柱状晶;施加电磁场后,铸坯的晶粒明显细化,主要为细小的等轴晶组织,而且元素的偏析明显减轻,组织成分更加均匀,铸坯的抗拉强度提高、伸长率增加,铸坯的质量得到明显改善。此外,在连铸过程中施加18A、50Hz的交变电磁场可以使浇注温度降低20-30℃,并使石墨模具的使用寿命从168小时增加到336小时。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 4137H低合金钢研究背景及意义
• 1.1.2 锡磷青铜合金研究背景及意义
• 1.2 晶粒细化方法
• 1.2.1 化学法
• 1.2.2 动力学法
• 1.2.3 热控法
• 1.3 稀土在钢中的作用
• 1.3.1 稀土的净化作用
• 1.3.2 稀土的变质作用
• 1.3.3 稀土的微合金化作用
• 1.4 电磁场在材料制备中的应用
• 1.4.1 电磁搅拌技术
• 1.4.2 电磁约束成型技术
• 1.4.3 复合电磁场的应用
• 1.5 本文研究目的和内容
• 2 4137H低合金钢晶粒细化实验
• 2.1 实验工艺与方案
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 实验设计
• 2.1.3 实验设备
• 2.1.4 实验步骤
• 2.2 实验结果
• 2.2.1 4137H低合金钢的净化
• 2.2.2 4137H低合金钢的过冷度
• 2.3 4137H低合金钢的微观组织及力学性能
• 2.3.1 4137H低合金钢的微观组织
• 2.3.2 4137H低合金钢的力学性能
• 2.4 小结
• 3 水平连铸锡磷青铜的晶粒细化研究
• 3.1 实验装置与原理
• 3.2 实验方法
• 3.3 实验的结果分析
• 3.3.1 电磁场对铸坯断口形貌的影响
• 3.3.2 电磁场对铸坯凝固组织的影响
• 3.3.3 电磁场对铸坯宏观偏析的影响
• 3.3.4 电磁场对铸坯缩松的影响
• 3.3.5 电磁场对均匀退火时间和石墨模具使用寿命的影响
• 3.3.6 电磁场对铸坯的力学性能的影响
• 3.3.7 电磁场对浇注温度的影响
• 3.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢